一种海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备及试验方法技术

本发明专利技术为海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备及试验方法，有电控部分、机械部分及恒温恒湿保持系统组成，电控部分包含电机伺服控制和数据采集系统。机械部分包含上主轴驱动组件、下试样运动组件、下主轴压力及力矩测量组件、弹簧加载组件、摩擦副专用夹具组件。恒温恒湿保持系统主要由工业空调及机箱组成。该试验装置及其方法能真实表征材料或涂层材料在湿热海洋大气环境中的耐腐蚀磨损性能，为应用于海洋气候环境中的装备与器械的设计选材提供更准确、更可靠的试验依据，以提高装备与器械的性能与寿命。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术为海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备及试验方法，有电控部分、机械部分及恒温恒湿保持系统组成，电控部分包含电机伺服控制和数据采集系统。机械部分包含上主轴驱动组件、下试样运动组件、下主轴压力及力矩测量组件、弹簧加载组件、摩擦副专用夹具组件。恒温恒湿保持系统主要由工业空调及机箱组成。该试验装置及其方法能真实表征材料或涂层材料在湿热海洋大气环境中的耐腐蚀磨损性能，为应用于海洋气候环境中的装备与器械的设计选材提供更准确、更可靠的试验依据，以提高装备与器械的性能与寿命。【专利说明】
本专利技术数据腐蚀磨损
，具体为。
技术介绍
腐蚀磨损是指腐蚀性介质中摩擦表面与介质发生化学或电化学反应产生材料流失的磨损现象。在腐蚀、磨损的共同作用下，材料的损耗速度远远超过腐蚀和磨损单独作用时材料损耗速度的迭加，而大量的舰船及航母、舰载机、沿海或近海装甲车辆、炮塔、雷达等军用设备、海上石油钻井平台、远洋海轮和民用器械，长期承受海洋气候环境的侵蚀，大量的回转体或相对运动部件在海洋气候环境下不仅存在氯离子的腐蚀、冷热交替的温差变化、紫外光的强烈照射，还存在构件的相对运动，也即腐蚀和摩擦磨损的交互耦合作用。这种交互耦合作用会加大这些部件的损坏失效。 对于海洋气候环境的腐蚀磨损，国内外主要用盐水作为模拟介质，利用电化学的原理和技术,加上一套摩擦磨损装置,构成一种腐蚀磨损交互作用复合条件,通过测试在摩擦磨损的条件下其样件的腐蚀电流密度来表征金属材料的腐蚀磨损特性。这种类似的装置特点是载荷不大，运动行程小，都是用电化学的方法加速测试其腐蚀电位和腐蚀电流密度，由于研究的微观特性较强，所以多用于进行腐蚀磨损机理方面的研究和开展生物材料磨损腐蚀的研究，同时其腐蚀介质是液态，没有温度交替或光照等叠加，难以真实地对在海洋大气环境下相对运动部件的腐蚀磨损程度进行评定，不能对不导电的非金属材料或无机材料的腐蚀磨损特性进行评定。 研发海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备及试验方法，进而对材料在真实海洋大气环境下的摩擦磨损现象进行深入研究，对于丰富和发展摩擦学与腐蚀学相关理论具有重要的学术与理论价值，对应用于海洋气候环境下的装备、器械的设计、选材，提高装备与器械的性能与寿命、增强我国国防力量和工业实力等具有十分重要的现实意义和工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备，该设备的机械摩擦副部分完全暴露在海洋大气环境中，因而能够真实的模拟材料在海洋大气环境中的腐蚀磨损工况。并且能够同步采集摩擦动力学数据及环境温度、湿度变化情况，从而可准确的测定出海洋气候环境下，材料的腐蚀磨损性能。为装备、器械的相关设计提供更准确、更可靠的数据，以提高装备、器械的性能与寿命。 一种海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验设备，所述设备由电控部分、机械部分及恒温恒湿保持系统组成； 所述机械部分包括伺服电机、机箱、同步带轮、上主轴、下试样轴、下主轴压力及力矩测量组件及弹簧加载组件，所述伺服电机固定在机箱上，所述同步带轮一端连接伺服电极，另一端连接上主轴，所述下试样轴与上主轴对应设置，所述下试样轴对应上主轴的一端设有χ、γ轴限定导轨，所述χ、γ轴限定导轨上设有下试样盘，所述下试样轴另一端依次连接下主轴压力及力矩测量组件及弹簧加载组件； 所述电控部分为电机伺服控制和数据采集系统，连接在机箱上； 所述恒温恒湿保持系统连接在机械部分上； 所述上主轴设有一个试样销，所述试样销通过固定单元固定在上主轴上，所述下试样盘设有多个固定单元，所述下试样盘的固定单元固定试样； 进一步地，所述电控部分通过线路远程连接在机械部分上，所述电控部分置于室内，所述机械部分置于湿热海洋大气环境下，所述机械部分及恒温恒湿保持系统外部套装有一简易密封箱，所述恒温恒湿保持系统保持其密封箱内处于恒定温度和湿度； 进一步地，所述下主轴压力及力矩测量组件包括下主轴、直线轴承、压力传感器及力矩传感器，所述下主轴连接下试样轴； 进一步地，所述弹簧加载组件包括蜗杆、蜗轮、丝杆、压缩弹簧及施力板，所述加载推杆固定在压缩弹簧的一端，压缩弹簧的另一端连接施力板，所述丝杆的一端固定在施力板上，丝杆另一端连接直流电机、涡轮及蜗杆，所述直流电机通过蜗轮及蜗杆带动丝杆转动，丝杆带动施力板压缩弹簧推动加载推杆以实现对下导向主轴施加向上的正压力； 进一步地，所述弹簧加载组件采用80:1蜗轮蜗杆减速装置，传动稳定且具有自锁功能； 进一步地，所述上试样销尺寸小于下试样尺寸； 进一步地，所述机箱安装有温度、湿度传感器及监控装置； 进一步地，所述恒温恒湿保持系统为工业空调； 进一步地，所述固定单元为夹具，所述夹具的尺寸可调； 一种应用上述的试样设备进行海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验的方法，包括以下步骤: a、下试件的安装 用环氧树脂或松香或石蜡将待测评样件的侧面和背面进行封闭，仅露出上端面作为试验工作表面，将下试件的下端夹持在下夹具上； b、腐蚀磨损试验 由伺服电机控制X、Y轴线性导轨移动使一个下试样移动到上夹具的正下方，下试样通过弹簧加载组件给上下试样加上正压力，同时通过同步带轮控制使上夹具及其夹持的上试样以设定的转速旋转，上试样的材料与下试样材料相同，也可以用比试验样件材料硬度高的材料制备，并控制上试样在旋转一定时间后，转到下一试样旋转，依次循环，每天循环一定的周期后停机自然暴露； 试验时，将样品同时装在下试样夹具上，作为平行样，可以每隔一段时间取2个或3个样作为分组样品，对于耐蚀耐磨性能优异的材料间隔取样时间推荐为5天，具体时间可根据材料性能及使用要求等协商拟定，期间若需继续试验，可以将样品重新装夹进行试验; C、试验数据的采集 在进行上一步骤腐蚀磨损试验的同时，试样之间的压力通过与高精低速的X轴、Y轴线性导轨连接的试验力传感器测量出来，摩擦力矩通过力矩传感器测量出来，并与试样销的转速、温度、湿度等数据一起送至数据采集控制系统，再用数据采集控制系统分析得出表征腐蚀磨损过程的摩擦动力学特性的试验结果； d、材料腐蚀磨损程度评定 样品的腐蚀磨损程度主要通过试验前后样品的重量或磨损体积和形貌变化进行相对比较判定，也可应用电化学手段进行评定，同时对于有机涂层经暴晒磨损，涂层结合力，表面的粉化老化、裂纹和颜色变化也是评定内容之一，需要精密天平、轮廓仪，仪器设备进行辅助测量。 与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的优点: 一、设备为海洋气候环境-摩擦载荷耦合试验机,暴露环境为真实海洋大气环境，而不是实验室模拟环境。 二、设备电控部分和机械部分基本分开，恶劣的气候环境不会影响电控精度，设备维护方便。 三、下试样盘上沿圆周方向均匀安装多套夹具，可同时进行多个试样的试验，一个试样磨损时，其余试样自然暴露在海洋大气环境下，可大为缩短试验周期。 四、试验样品可为圆形或矩形。夹具大小可调，试验样品制备简便。 五、这套试验方法将严酷的自然环境大气试验与磨损试验结合在一起，与早期的腐蚀与磨损分离试验和实验室模拟海洋大气环境腐蚀磨损相比，能够真实反映工作在海洋大气环境下的相对运动部件的实际工况。所得结论更准确可靠，更有实用性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋气候环境‑摩擦载荷耦合试验设备，其特征在于，所述设备由电控部分、机械部分及恒温恒湿保持系统组成；所述机械部分包括伺服电机、机箱、同步带轮、上主轴、下试样轴、下主轴压力及力矩测量组件及弹簧加载组件，所述伺服电机固定在机箱上，所述同步带轮一端连接伺服电机，另一端连接上主轴，所述下试样轴与上主轴对应设置，所述下试样轴对应上主轴的一端设有X、Y轴限定导轨，所述X、Y轴限定导轨上设有下试样盘，所述下试样轴另一端依次连接下主轴压力及力矩测量组件及弹簧加载组件；所述电控部分为电机伺服控制和数据采集系统，连接在机箱上；所述恒温恒湿保持系统连接在机箱上；所述上主轴设有一个试样销，所述试样销通过固定单元固定在上主轴上，所述下试样盘设有多个固定单元，所述下试样盘的固定单元固定试样。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张津，殷明，吴帅，王彬，肖勇，王晓辉，
申请(专利权)人：北京科技大学，中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11